檢驗技術(shù)自動分析技術(shù)和儀器

第十五章

自動分析技術(shù)和儀器第一節(jié)實驗室自動化3自動化（automation）全實驗室的自動化(totallaboratoryautomation，TLA)實驗室信息系統(tǒng)(1aboratoryinformationsystem，LIS)醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospitalinformationsystem，HIS)重點概念：4定義：

實驗室技術(shù)人員用最小的勞動強度使用實驗室儀器和樣品處理設(shè)備來完成臨床實驗分析。

自動化（automation）準確、精密、快速、高效自動化分析儀的優(yōu)勢：5目前自動化的范圍：①檢驗申請→②收費→③樣品采集→④樣品標示→⑤運送→⑥樣本的接(驗)收、檢驗項目(含收費)的確認→⑦分析前處理(如離心、分注、貼標識)→⑧樣品裝載→⑨樣品分析→⑩分析后處理不僅僅是指分析過程的自動化，還包括分析前和分析后的自動化。

自動化的范圍：未來自動化的范圍:6全實驗室的自動化(totallaboratoryautomation，TLA)定義：借助實驗室信息系統(tǒng)(1aboratoryinformationsystem，LIS)將臨床實驗室中各類自動化分析儀器(生物化學、血液學、分子診斷學、免疫學等)串聯(lián)起來，組合成流水線作業(yè)的形式，把樣品輸送到不同的檢測單元，并將各個儀器的檢測結(jié)果合并輸出，實現(xiàn)了遠程檢驗申請、實時在線檢測、遠程審核結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)的共享。78全實驗室自動化9FrontViewofAutomationLine

（自動化流水線正面觀）10TailEndofAutomationLine

（自動化流水線末端）11基本結(jié)構(gòu)：硬件軟件標本自動傳送系統(tǒng)

標本前處理系統(tǒng)標本后處理系統(tǒng)檢測單元信息處理系統(tǒng)（自動化流程控制、支持軟件系統(tǒng)以及計算機硬件）12樣本入口區(qū)域急診標本裝載區(qū)域條形碼識別離心揭蓋原始管裝載&卸載,直接進行分析智能測試的貯存區(qū)域無鏈接儀器樣本分類至原來區(qū)域樣本分裝樣本入口區(qū)域

揭蓋出口區(qū)域分析儀器無需離心樣本貯藏室數(shù)據(jù)管理分析儀器

離心標本前(后)處理系統(tǒng)分裝模塊13樣本分選自動離心自動智能分裝自動開蓋自動樣本裝卸重測存儲復測14極大限度地減少了標本處理和數(shù)據(jù)處理等過程中所謂單調(diào)(dull)、臟(dirty)、危險(dangerous)的“3D”人工操作意義：1、逐步實現(xiàn)部門一體化，所需人力資源減少，效率提高；2、所用的標本量減少，更好的方便患者；3、人工操作減少，操作誤差減少到最??；4、更快的處理標本；回報結(jié)果的能力增強；5、促進實驗室操作的規(guī)范化；6、安全性和整個過程的控制更好；7、實驗室占用較少的空間；8、全面提升臨床檢驗的管理。15實驗室信息系統(tǒng)(laboratoryinformation

system，LIS)是以支持實驗室日常工作、管理決策、科研等為目標的信息收集、處理、存儲、傳播和應(yīng)用的系統(tǒng)，由信息系統(tǒng)和管理系統(tǒng)兩部分組成。信息系統(tǒng)以實驗室標本檢測全過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)管理為主，管理系統(tǒng)以實驗室的經(jīng)濟、物資、人事、科研等管理決策為主。定義：1617LIS的特點：①采用客戶／服務(wù)器體系和分布式處理方式建立局域網(wǎng)；②在客戶端使用圖形界面的操作系統(tǒng)(如windows3.x／windows9x)，顯示圖形、圖像等信息更加方便；③具有以圖形界面為基礎(chǔ)的實時質(zhì)量控制系統(tǒng)；④在網(wǎng)絡(luò)上，每臺微機既可作為LIS系統(tǒng)的客戶端，也可作為HIS系統(tǒng)的客戶端；⑤每臺自動分析儀都可以實時連接到網(wǎng)絡(luò)客戶端上，所有檢驗數(shù)據(jù)都能為整個HIS系統(tǒng)所共享；⑥門診患者、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)輸出的編碼已有統(tǒng)一標準，條形碼得到廣泛應(yīng)用；⑦HL7(HealthLevelseven)協(xié)議是目前醫(yī)療信息數(shù)據(jù)交換標準中應(yīng)用最廣泛的一個國際標準。18LIS的框架模式LIS把每個實驗室的工作步驟設(shè)計成模塊，用條碼技術(shù)把各個模塊貫穿起來，用戶能個性化地沒置和組合各個模塊。在這個框架模式下，就能滿足不同規(guī)模、流程的臨床實驗室的需求1．檢驗申請2．收費3．樣品采集4．核收5．質(zhì)控6．分析前處理7．生成工作任務(wù)清單8．分析過程9．分析后處理10．審核11．生成報告單和發(fā)布12．查詢19醫(yī)院信息系統(tǒng)(hospitalinformationsystem，HIS)利用電子計算機和通訊設(shè)備，為醫(yī)院所屬各部門提供病人診療信息(PatientCareInformation)

和行政管理信息（AdministrationInformation)的收集(Collect)、存儲(Store)、處理(Process)

、提取(Retrieve)和數(shù)據(jù)交換(Communicate)的能力并滿足所有用戶(AuthorizedUsers)的功能需求。

20第二節(jié)自動生化分析儀22自動生化分析儀(automaticbiochemicalanalyzer)，是把生化分析中的取樣(樣品稀釋)、加試劑、混勻、保溫反應(yīng)、檢測、結(jié)果計算、可靠性判斷、顯示和打印、清洗等步驟實現(xiàn)自動化的儀器。

一、概述23二、全自動生化分析儀的主要類型、基本結(jié)構(gòu)和工作原理(一)自動生化分析儀的類型自動生化分析儀種類繁多，根據(jù)不同分類標準，可分成不同的種類。242526根據(jù)同時可測定項目數(shù)量根據(jù)項目選擇方式

單通道多通道隨機任選式固定項目式根據(jù)儀器自動化程度全自動化半自動化27（二）連續(xù)流動式自動生化分析儀

檢測特點：

測定項目相同的各待測樣品與試劑混合后的化學反應(yīng)及整個分析過程，均在同一管道中經(jīng)流動過程完成，又稱管道式分析儀。空氣分段系統(tǒng)式試劑分段系統(tǒng)式

分類：28結(jié)構(gòu)：①樣品盤：用來放置待測樣品和標準品②比例泵：提供使樣品在儀器內(nèi)進行運動的壓力以及向流經(jīng)管道的液體注入空氣③混合管：將比重不同的液體充分混勻④透析器：去除反應(yīng)管中大、小分子對反應(yīng)的干擾，⑤恒溫器：恒定反應(yīng)所需溫度⑥比色計和記錄器：獲得檢測結(jié)果。29單通道管道式自動分析儀結(jié)構(gòu)示意圖30（三）離心式自動生化分析儀

結(jié)構(gòu)與檢測原理：

使用特殊材料制成的轉(zhuǎn)盤作為反應(yīng)器，轉(zhuǎn)盤上有呈放射狀排列的三個為一組的凹槽，可多達30組。檢測時，將轉(zhuǎn)盤放在離心機上作為轉(zhuǎn)頭，在靠近軸心的凹槽中加入試劑，中間凹槽中加入待測標本轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動后，在離心力的作用下，試劑與標本混合，發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)適當?shù)臅r間后，反應(yīng)液最后流入離軸心最遠的凹槽中，該凹槽的上下表面均由透明的塑料材料制成，可作為比色孔。當光源光束按垂直方向通過該比色孔時，完成比色測定。最后由微機進行數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析，并將測試結(jié)果顯示并打印出來。。在分析過程中，樣品與試劑的混合、反應(yīng)和檢測等每一步驟同時完成，屬于“同步分析”。

31離心式自動分析儀結(jié)構(gòu)示意圖32（四）分立式自動生化分析儀

模擬手工操作的方式設(shè)計儀器并編制程序，以機械臂代替手工，按照程序依次進行有序的操作，完成項目檢測及數(shù)據(jù)分析。檢測特點：工作流程：33“順序式”分析示意圖34結(jié)構(gòu)：樣品盤(架)和取樣裝置試劑室(瓶)和取液裝置混勻裝置保溫系統(tǒng)檢測系統(tǒng)清洗系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)等3536基本結(jié)構(gòu)和原理分析部分操作部分檢測系統(tǒng)進樣和加液系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)清洗系統(tǒng)計算機系統(tǒng)37檢測系統(tǒng)組成:

檢測系統(tǒng)

(detectionsystem)光學系統(tǒng)信號檢測系統(tǒng)功能:

作為分析部分的核心，它的功能是將化學反應(yīng)的光學變化轉(zhuǎn)變成電信號。38光學系統(tǒng)功能:提供足夠強度的光束、單色光及比色的光路。組成:由光源、光路系統(tǒng)、分光器、比色杯等組成。39光源：

一般采用鹵素燈(多為12V20W)，壽命為800小時左右，提供波長范圍為325nm～800nn的光源。40光路系統(tǒng)：定義:從發(fā)出光到信號接收的全部路徑。

組成:由一組透鏡、聚光鏡、比色杯和分光元件等組成41光路的分類：直射式光路和集束式光路集束式光路的優(yōu)點：使光束變窄，可檢測低于180μl的反應(yīng)液，使生化分析儀的超微量檢測成為可能42前分光光路和后分光光路后分光的優(yōu)點：①可同時選用雙波長或多波長進行測定，提高了分析的精度和準確度；②不需調(diào)節(jié)儀器的任何部件，降低了噪聲，，減少了故障率。43反射式光路：特點：①在干化學化分析儀中使用。②載體是固相的試紙，不具備透射功能，反光度與濃度成反比。44分光元件分類:濾光片、棱鏡、全息反射式光柵和蝕刻式凹面光柵

濾光片均為干涉濾光片，有插入式和可旋轉(zhuǎn)式濾光片槽、濾光片盤兩種。全息反射式光柵是在玻璃上覆蓋一層金屬膜后制成，有一定程度的相差，易被腐蝕。蝕刻式光柵是將所選波長固定地刻制在凹面玻璃上(1mm內(nèi)可以蝕刻4000～10000條線)，有耐磨損、抗腐蝕、無相差等優(yōu)點45比色杯比色杯的厚度有0.5cm、0.6cm和1cm三種。光徑小的可以減少樣品和試劑用量。光徑小于1cm時，儀器可以自動校正為1cm。46比色杯有二種類型：

2、反應(yīng)杯兼作為比色杯：反應(yīng)杯以不同形式逐個連接在一起，形成一個盤結(jié)構(gòu)，按指定順序通過光路，進行連續(xù)比色。1、流動比色池

:吸液器將試管內(nèi)的有色溶液吸入固定的比色杯，進行比色后再吸出，此為單通道比色方式。47信號檢測系統(tǒng)功能：是接收由光學系統(tǒng)產(chǎn)生的光信號，將其轉(zhuǎn)換成電信號后放大，再把它們傳送至數(shù)據(jù)處理單元。信號接收器：一般為硅(矩陣)二極管

信號傳送方式：光電信號傳送和光導纖維傳送兩種

48進樣、加液系統(tǒng)功能：模仿人工操作，識別樣品和試劑，并把它們加入到反應(yīng)器中。樣品架(盤)和試劑盤加液系統(tǒng)攪拌器組成：單通道全自動生化分析儀49505152多通道全自動生化分析儀53反應(yīng)系統(tǒng)組成：反應(yīng)盤和恒溫系統(tǒng)兩部分。反應(yīng)盤

反應(yīng)盤是生化反應(yīng)的場所，全部的反應(yīng)杯位于其中，目前的全自動生化分析儀都用反應(yīng)杯兼作比色杯，置于恒溫箱中。54恒溫系統(tǒng)自動生化分析儀通過恒溫系統(tǒng)保持溫度的恒定，以保證反應(yīng)的正常進行，其保持恒溫的方式有干式恒溫、水浴循環(huán)加熱式、恒溫液循環(huán)間接加熱式三種：55清洗系統(tǒng)組成：一般由吸液針、吐液針和擦拭塊組成，可有五至九段清洗，段就是沖洗的步驟。清洗的工作流程：吸出反應(yīng)液吐入清洗劑吸干吐入去離子水吸干擦干→→→→→5657計算機系統(tǒng)主要功能：

控制標本的識別、吸取樣品和試劑、樣品和試劑的反應(yīng)、測定方法的選擇、吸光度的檢測、數(shù)據(jù)處理、校準方法、結(jié)果打印、質(zhì)量監(jiān)控等功能表現(xiàn)：具有各種測定方法、校準方法、儀器使用狀態(tài)的實時監(jiān)控、多種質(zhì)量監(jiān)控方式、項目間結(jié)果計算、各種統(tǒng)計功能、多種報告打印方式、數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用。

58三、全自動生化分析儀的性能及評價（一）性能：自動化程度分析效率精度和準確度應(yīng)用范圍及功能其它性能591.自動化程度定義：自動化程度指在人發(fā)出指令后，能夠由儀器自己獨立完成工作的程度和可同步分析的檢測項目數(shù)量等。決定因素：取決于儀器所使用微機處理功能的大小。602.分析效率定義：指在測定方法相同的情況下分析儀的分析速度，即單位時間可處理標本的能力。決定因素：決定于一次測定中可測樣品多少和可測項目的多少。單通道分析儀，一次只能檢測一個項目，分析效率較低，這里的分析效率指儀器一次可容納的樣品數(shù)量。多通道分析儀，一次可測定多個項目，分析速度一般表示為“test/h”

表示方法:613.精度和準確度取決于儀器各部件(加液、溫度控制、波長、計時等)的加工精度和精確的工作狀態(tài)以及加樣精度、恒溫方式和測光方式。624.應(yīng)用范圍及功能儀器的應(yīng)用范圍:指所能進行的分析方法以及可測定項目的種類。

分析方法除了分光光度法外，還能進行濁度法、離子選擇性電極法、熒光法等測定。既可用終點法，也可作動態(tài)法檢測?？蓽y定項目，早期常規(guī)的生化檢驗指標，近年來免疫濁度法測定特種蛋白、藥物監(jiān)測的分析和微量元素測定很多分析儀還具有一些特殊的功能雙波長和多波長的測光技術(shù)雙試劑功能多種校準及質(zhì)量控制功能635.其它性能儀器的取液量、最小反應(yīng)液體積、反應(yīng)時間、可測吸光度范圍。試劑的使用是封閉式還是開放式儀器的性能價格比、條碼識別功能等。檢測能力,檢測范圍等64(二)自動生化分析儀的評價精密度評價波長檢查相關(guān)性651.精密度評價內(nèi)容：批內(nèi)重復性和總精密度兩個方面，反映儀器的測定結(jié)果的精密度。批內(nèi)重復性測定批內(nèi)重復性就是對樣品的某一個或幾個項目各重復測定20次，計算它的CV值即精密度，然后與廠家的該項技術(shù)指標進行比較?？偩芏纫匝菫槔?，選擇兩個濃度(有醫(yī)學決定水平的正常和異常值)，每天測定2批，每個濃度各平行兩次，兩批之間的時間間隔不少于2小時，連續(xù)20天，要求每天必須做室內(nèi)質(zhì)量控制。然后計算總精密度(ST)。662.相關(guān)性內(nèi)容：有兩臺儀器以上的實驗室，應(yīng)該進行儀器間結(jié)果的比較。若僅有一臺儀器，為了得到實驗室之間的一致性，也可以用參考實驗室的儀器進行比較。方法：相同的試驗項目在不同的儀器上測定．然后用線性回歸進行比較和校正。673.波長檢查內(nèi)容：包括線性和準確性的檢查。線性檢查方法是用系列標準溶液在最大吸收處讀取吸光度，然后繪制標準曲線或用回歸法計算線性相關(guān)。準確性檢查的方法有兩種：①用已知準確摩爾濃度和摩爾消光系數(shù)(ε)的溶液在其特定波長比色，ε=A值／摩爾度，然后與標準ε比較。②與已知準確波長的儀器比較，如有漂移，應(yīng)進行適當?shù)男Ｕ?8七、自動生化分析儀分析方法一點終點法二點終點法連續(xù)監(jiān)測法69(一)一點終點法原理：使用一種或兩種試劑，當樣品和試劑混合后，待測物與試劑的物理化學反應(yīng)達到終點時，測定一次吸光度，計算待測物的濃度。應(yīng)用：該法具有代表性的試驗有總蛋白、白蛋白、葡萄糖氧化酶法等雙試劑一點終點法反應(yīng)示意圖70（二）兩點終點法二點終點法也稱固定時間法，它可以用一種或二種試劑。單試劑二點法，在樣品與試劑混合后的延滯期后讀取A1，一定時間后讀取A2，A=A2-A1。雙試劑二點法，屬于試劑啟動法，原理是加入樣品—試劑1—讀取A1，加入試劑2—讀取A2，也是讀取兩次吸光度，第一次是相當于讀出樣品空白的值，加入試劑2至第二次讀數(shù)才是實際呈色反應(yīng)，因此A=A2-kA1。特點：可以消除樣品、試劑的顏色、濁度，和一些干擾物質(zhì)對測定的干擾。71723.比濁法比濁法也是一種終點法．不過是一種濁度測定，比濁法可用于化學比濁法和免疫比濁法。免疫比濁法又分為透射比濁和散射比濁目前常用的免疫比濁法主要用于血清特種蛋白的檢測，如載脂蛋白、微量蛋白、急性時相反應(yīng)蛋白，免疫球蛋白等，以及某些藥物監(jiān)測。

734.雙波長法原理:是檢測計在對一待測物進行檢測時，同時用兩個波長檢測，用主波長的吸光度減去副波長的吸光度．標準物與待測物同等對待，計算待測物的濃度。優(yōu)點:是可以通過消除背景吸收，而減少樣品的顏色和濁度所產(chǎn)生的影響，它不僅可以有效地校準樣本的混濁、溶血、黃疸等，還可對電源波動有補償效果。74(二)連續(xù)監(jiān)測法特點：連續(xù)監(jiān)測法屬于動態(tài)法檢測，適用于酶活性檢測，此法是通過適當?shù)膬x器，連續(xù)測定酶促反應(yīng)過程中某一反應(yīng)產(chǎn)物或底物的濃度隨時間變化的情況。原理：是在酶反應(yīng)的最適條件下，用物理、化學或酶促反應(yīng)的分析方法，在反應(yīng)速度恒定期(零級反應(yīng)期)和反應(yīng)呈線性期來連續(xù)觀察和記錄一定反應(yīng)時間內(nèi)底物或產(chǎn)物量的變化，以單位時間酶反應(yīng)初速度計算出酶活力的大小。①絕對法：酶活力(u／L)=△A×(反應(yīng)液體積／樣品體積)×(1000／消光系數(shù))②相對法：酶活力(U／L或mmolI／L)=[△A(測定)／△A(標準)]×標準物的活力或濃度計算方法有兩種：751．兩點速率法觀察兩個時間點的吸光度，與單試劑二點法相似，但必須是在零級反應(yīng)期和線性期。用兩個吸光度的差值(A)除以時間(分)，計算出每分鐘的吸光度值。76

2．多點速率法

在酶促反應(yīng)進程的零級反應(yīng)期間每隔一定時間(2秒～30秒)進行一次監(jiān)測，連續(xù)監(jiān)測多次，求出單位時間內(nèi)的反應(yīng)速度即△A。

速率A法也稱最小二乘法，它是用最小平方法求得每分鐘的吸光度變化(△A)，從而求出濃度或活性值，是全自動生化分析儀上最常使用的速率法。

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